Способ изготовления матрицы тонкопленочных транзисторов для управления жидкокристаллическим индикатором
Использование: изобретение относится к электронной технике и предназначено для изготовления полупроводниковых приборов и интегральных схем. Сущность: способ включает следующие операции. На прозрачную диэлектрическую подложку наносят слой прозрачного токопроводящего материала и формируют элементы изображения. Формируют электроды затворов управляющих шин, подзатворного диэлектрика и активных областей. Их формируют путем последовательного нанесения вентильного металла, диэлектрического и полупроводникового слоев и их совместного травления. Затем на боковых поверхностях электродов затворов и проводящих шин анодированием формируют слой диэлектрика. Для этого подложку погружают в электролит и подводят потенциал к управляющим шинам и электродам затворов. Наносят токопроводящий слой и формируют электроды истока, стока и информационные шины. Способ позволяет изготовить матрицы транзисторов с повышенным пробивным напряжением между шинами разных уровней металлизации. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к созданию знакосинтезирующей электроники и может быть использовано в автоматике и вычислительной технике в устройствах визуального отображения информации, в частности в жидкокристаллических (ЖК) экранах для контрольно-измерительной аппаратуры, портативных мини ЭВМ, телевизорах и т.д. Известен способ изготовления матрицы тонкопленочных транзисторов (ТПТ) для управления жидкокристаллическим индикатором (ЖКИ), заключающийся в формировании на прозрачной диэлектрической подложке металлических электродов затворов и управляющих шин последовательном осаждении слоев подзатворного диэлектрика, активного и пассивирующего слоев, фотолитографии с применением засветки фоторезиста с обратной стороны подложки, травлении пассивирующего слоя в открытых местах, осаждении слоев легированного полупроводникового материала и токопроводящего материала, удалении участков фоторезиста над электродами затворов и управляющими шинами, формировании элементов отображения, формировании электродов стока, истока и информационных шин. Наиболее близким по технической сущности является способ изготовления матрицы тонкопленочных транзисторов. Данный способ включает в себя следующие операции: нанесение на прозрачную диэлектрическую подложку слоя прозрачного токопроводящего материала, формирование элементов отображения, нанесение металлической пленки, формирование электродов затворов и управляющих шин, нанесение диэлектрического и полупроводникового слоев, формирование подзатворного диэлектрика и активных областей путем совместного травления полупроводникового и диэлектрического слоев, нанесение токопроводящего слоя, формирование электродов стока, истока и информационных шин. Недостатком известного способа является сложность процесса изготовления за счет того, что для формирования электродов затворов и управляющих шин, активных слоев, элементов отображения, электродов стока, истока и информационных шин необходимо проведение не менее четырех операций фотолитографии, что принципиально усложняет и значительно удорожает процесс изготовления матрицы тонкопленочных транзисторов и ЖК индикаторов в целом. Цель изобретения - упрощение процесса изготовления матрицы тонкопленочных транзисторов для управления ЖКИ. Для этого в способе изготовления матрицы тонкопленочных транзисторов для управления жидкокристаллическим индикатором, включающем нанесение на прозрачную диэлектрическую подложку слоя прозрачного токопроводящего материала, формирование элементов отображения, формирование электродов затворов и управляющих шин, подзатворного диэлектрика и активных областей, нанесение токопроводящего слоя, формирование электродов стока, истока и информационных шин, формирование электродов затворов и управляющих шин, подзатворного диэлектрика и активных областей проводят путем последовательного нанесения вентильного металла, диэлектрического и полупроводникового слоев и их совместного травления, а после формирования электродов затворов и управляющих шин на их боковых поверхностях формируют анодированием слой диэлектрика путем погружения подложки в электролит и подвода потенциала к управляющим шинам и электродам, затворов. Кроме того, в качестве токопроводящего слоя наносят слой прозрачного токопроводящего материала, а формирование элементов отображения проводят одновременно с формированием электродов стока, истока и информационных шин. На фиг. 1 и 2 изображен фрагмент матрицы токнопленочных транзисторов, поперечный разрез; на фиг. 3 - эквивалентная схема элемента отображения ЖКИ. На фиг. 1-3 введены следующие обозначения: 1 - прозрачная диэлектрическая подложка; 2 - элементы отображения (токопроводящий материал); 3 - вентильный металл; 4 - диэлектрический слой; 5 - активный полупроводниковый слой; 6 - вскрытые боковые поверхности электродов затворов; 7 - электроды стока; 8 - электроды истока; 9 - информационные шины; 10 - тонкопленочный транзистор; 11 - управляющие шины. Матрицы ТПТ для управления ЖКИ включают в себя набор идентичных ТПТ 10, сформированных на прозрачной диэлектрической подложке 1. Затворы ТПТ в каждой строке объединены управляющими шинами 11, истоки 8 ТПТ в каждом столбце соединены между собой информационными шинами 9. Сток 7 каждого транзистора соединен с управляемым им элементом отображения 2. Каждый транзистор представляет собой многослойную тонкопленочную структуру и состоит из электрода затвора 3, пленки подзатворного диэлектрика 4, активного полупроводникового слоя 5, электродов стока 7 и истока 8. Активный полупроводниковый слой 5 расположен над электродом затвора 3 и управляющей шиной 11, а электроды стока 7 и истока 8 частично перекрывают электрод затвора 3 и находятся в электрическом контакте с полупроводниковым слоем 5. Матрица ТПТ функционирует следующим образом. На управляющие шины 11 матрицы последовательно подаются управляющие импульсы напряжения. В каждый момент времени управляющее напряжение подается на шину только одной строки. Все элементы отображения 2 через емкости ЖК ячеек электрически соединены с общим электродом, находящимся на второй подложке ЖКИ, на который подан нулевой уровень напряжения. Таким образом, все ТПТ выбранной строки, работающие как МДП-транзисторы с индуцированным каналом, оказываются открытыми. Одновременно с адресацией строки сразу на все информационные шины 9 подаются информационные импульсы напряжения, полярность которых зависит от того, в какое состояние необходимо перевести данную точку данной строки (должна она быть темной или светлой на экране ЖКИ). В зависимости от полярности приложенного напряжения происходит заряд или разряд емкости элементарной ЖК ячейки, под действием которых происходит изменение состояния ЖК вещества в данной точке строки. В следующий момент времени управляющий импульс напряжения снимается с выбранной строки и подается на следующую управляющую шину 11. Все транзисторы 10 запираются и элементы отображения 2 хранят информацию в виде заряда в течение кадра до прихода следующего информационного импульса. П р и м е р 1. Технологический процесс изготовления матрицы ТПТ для управления ЖКИ (п. 1 способа), представленный на фиг. 1, включает в себя следующие операции: нанесение на всю поверхность предварительно очищенной диэлектрической подложки 1 слоя прозрачного токопроводящего материала 2; фотолитография и формирование элементов отображения 2 (фиг.1,а); последовательное формирование на всей поверхности подложки слоя вентильного металла 3 диэлектрического 4 и полупроводникового 5 слоев; фотолитография по рисунку электродов и управляющих шин; последовательное травление полупроводникового 5, диэлектрического 4 слоев, слоя вентильного металла 3 и удаление фоторезиста (фиг.1,б); электрохимическое окисление вскрытых боковых поверхностей 6 электродов затворов и управляющих шин (фиг.1,в); напыление на всю поверхность пленки токопроводящего материала; фотолитография и формирование электродов стока 7, истока 8 и управляющих шин. Таким образом, для изготовления матрицы ТПТ для управления ЖКИ по данному способу необходимо три операции фотолитографии против минимум четырех в известном способе. П р и м е р 2. Технологический процесс изготовления матрицы ТПТ для управления ЖКИ (по п.2 способа), показан на фиг.2 и включает в себя следующие операции: последовательное формирование на всей поверхности предварительно очищенной диэлектрической подложки 1 слоя вентильного металла 3, диэлектрического 4 и полупроводникового 5 слоев;
фотолитография по рисунку электродов затворов и управляющих шин;
последовательное травление полупроводникового 5, диэлектрического 4 слоев, слоя вентильного металла 3 и удаление фоторезиста (фиг.2а);
электрохимическое окисление вскрытых боковых поверхностей 6 электродов затворов и управляющих шин (фиг.2,б);
нанесение на всю поверхность слоя прозрачного токопроводящего материала 2;
фотолитография и формирование элементов отображения 2, электродов стока 7, истока 8 и информационных шин 9. Таким образом, для изготовления матрицы ТПТ по п.2 формулы необходимо всего две операции фотолитографии против четырех в известном способе. Исследования показали, что способ изготовления матрицы ТПТ по п.1, формулы изобретения является более предпочтительным для ЖКИ большой информационной емкости (с числом строк более 300). Это связано с тем, что минимальное удельное сопротивление стабильно воспроизводимых прозрачных токопроводящих слоев на сегодня составляет 10 Ом/ . При увеличении размера матрицы ТПТ постоянная времени заряда RC-цепочки (где R - сопротивление информационной шины, С - суммарная емкость ЖК-ячеек, управляемых данной информационной шиной) возрастает настолько, что "дальние" от контактной площадки ЖК-ячейки не успевают заряжаться и разряжаться, что приводит к снижению контраста и угла обзора ЖКИ. Способ изготовления матрицы ТПТ по п.2 формулы эффективен при числе сборок ЖКИ не более 300. Преимущества предлагаемого способа изготовления матрицы ТПТ для управления ЖКИ состоят в следующем:
способ позволяет упростить процесс изготовления матрицы ТПТ за счет уменьшения числа фотолитографических операций;
способ позволяет формировать на вскрытых боковых поверхностях электродов затворов и управляющих шин диэлектрический слой толще, чем слой подзатворного диэлектрика, что приводит к увеличению пробивного напряжения между затвором и истоком, затвором и стоком при сохранении всех остальных характеристик ТПТ на прежних значениях. Увеличивается также пробивное напряжение между шинами разных уровней металлизации - информационными и управляющими. Известный способ не позволяет значительно увеличить толщину слоя диэлектрика (свыше 0,3 мкм), т.к. наряду с ростом толщины диэлектрика на боковых поверхностях электродов затворов и управляющих шин, диэлектрик такой же толщины осаждается сверху электрода затвора, где он служит подзатворным. Увеличение толщины последнего свыше 0,3 мкм наряду с ростом пробивного напряжения между истоком и затворами, стоками и затворами ТПТ, ведет к увеличению порогового напряжения до 7-10 В, снижению полевой подвижности носителей в канале до 0,05-0,1 см2/В 
с;
способ позволяет повысить процент выхода годных на 8-10% по п.1 формулы и на 14-16% по п.2 формулы изобретения по сравнению с известным способом (прототипом) за счет уменьшения числа фотолитографических операций и связанным с этим уменьшением вероятности рассовмещения слоев матрицы ТПТ относительно друг друга.
Формула изобретения
РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Номер и год публикации бюллетеня: 31-2000
Извещение опубликовано: 10.11.2000
